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标题: 基于单片机及VC++的步进电机控制系统设计 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-16 17:13
标题: 基于单片机及VC++的步进电机控制系统设计

　　摘要：步进电机作为机电一体化产品的执行元件，具有控制简便、定位准确等特点。本文设计了一种基于AT89S52 单片机和VC++的步进电机控制系统，给出了系统结构框图、硬件电路图、软件设计流程图。所设计系统可以通过上位机或下位机4*4 键盘输入指令，实现对步进电机的基本控制，并利用上位机及LCD 实时显示步进电机的运行状态。该设计方案具有较高通用性和灵活性，开发成本较低，同时随着技术进一步改进，可以直接应用到包装机械或其他机械设备中，有很强实用性。
　　1 引言
　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差，使得在速度、位置等控制领域，用步进电机来控制变的非常的简单[1]。本文设计了一种基于AT89S52 单片机和VC++的步进电机控制系统，可以实现对步进电机的基本控制及状态实时显示。
　　2 系统组成
　　使用、控制步进电机必须由环形脉冲源、功率放大电路等部分组成控制系统，脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流，平均电流越大，电机力矩越大，要达到平均电流大，这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的驱动方式。到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流等[2]。
　　本文设计系统中，脉冲信号由单片机AT89S52产生并分配给步进电机各相，功率放大部分由驱动电路完成，系统结构框图如图1所示。

　　3.3 电机驱动电路
　　35BY48S03型步进电机接线图如图3所示，从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。要使步进电机转动，只要以一定的次序轮流给各引出端通电即可，加电的方式可以有多种，包括单相驱动、双相驱动、单－双相驱动等，相应步进角有整步和半步区分。在本文设计的系统中，采用单相驱动和单－双相驱动两种加电方式驱动步进电机运转。

　　3.5 下位机显示电路
　　液晶采用显示容量为2行16个字的1602液晶，1602采用标准的16脚接口，内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的代码[5]。设计电路图如图5所示。

　　为实现上位机与下位机通信，利用Microsoft提供的串行通信ActiveX控件。该控件的相应文件是MSCOMM32.OCX。在基于对话框的程序中使用控件，需要进行以下几方面操作：拖动控件图标到窗口上，创建控件ID。在对话框头文件中声明CMSComm类的变量及引用控件类头文件。创建CMSComm类的实例。建立控件事件响应代码框架[7]。
　　在电机状态改变后，由下位机将代表各状态的数据发送给上位机，上位机接收到后存入一个数组内，根据此数组内容刷新各编辑框内容，以达到实时显示的目的。此处共有五个数据，放入rxdata数组中，分别代表励磁状态、转动方向、速度、测试1计数、测试2计数。上位机MSComm控件SetRThreshold属性设置为5，则当下位机将五个数据发送完后，上位机立即触发OnComm事件，进行接收[8]。
　　当我们安装VC++6.0时，如果选择了ACtiveX控件项（自定义安装），MSComm控件就会自动安装在计算机上了，并在系统文件夹下多了3个文件：Mscomm.srg，Mscomm32.ocx， Mscomm32.dep，即MSComm控件已经过授权，但要注意的是，如果程序移植到其它没有安装VC软件的PC机上，必须将其使用“执照”License 在注册表中登记注册，才可以正常运行。为了正常运行，还需要将VC开发的可执行文件与运行所需的三个动态链接文件 MFC42D.DLL，MFCO42D.DLL，MSVCRTD.DLL放在同一个文件夹中。使用Installshield软件进行封装实现以上要求即可。
　　4.2 下位机软件设计
　　本文所设计系统中，采用单相驱动和单－双相驱动两种加电方式驱动步进电机运转，即单相四拍和单－双相八拍驱动，分别为整步和半步运转，步进角分别为7.5度和3.75度，不同的驱动方式其状态表不同，两种驱动方式的波形及状态表如下，其中1代表高电平，表示驱动的磁极绕组通电；0代表低电平，表示驱动的磁极绕组不通电。

　　系统上电后，首先进行初始化，包括液晶屏初始化及将程序所用到的内存单元（开关机状态标志位7FH、正反转标志位7EH、单相励磁或单双相励磁标志位7DH、测试标志位7CH、当前速度寄存单元2EH）清零。然后检测是否开启电机，检测到开信号后，设置状态位，7FH=1,7EH=1,7DH=1,2EH=10,代表起始状态设置为：单双相励磁正转，起始速度为10r/m。
　　设置 T0 相关参数后，开始定时，同时检测键盘是否有其它请求发生，如果有，则改变相应的状态位，并改变单片机输出波形，控制步进电机运行状态改变。
　　串行通信的编程方式有两种查询方式：查TI 或RI 是否为“1”。中断方式：如果预先开了中断，当TI、RI 为“1”，会自动产生中断。两种方式中当发送或接受数据后都要注意清 TI 或RI。本文所设计系统中，下位机采用查询及中断两种接收方式，接收上位机的控制指令；发送采用查询方式，将当前电机运行状态信息发给上位机实时显示。
　　5 功能验证
　　利用示波器测量P2.7-P2.4口产生的波形，以测试电机的激励脉冲是否与理论相符，所测波形如图8、9所示。图8是在单-双相八拍励磁方式，转速为10转/分的情况下，测量出的P2.7 和P2.5波形，即A，/A的激励波形。图9是在单相四拍励磁方式，转速为30转/分的情况下，测量出的P2.7和P2.6波形，即A，/B的激励波形。

　　上位机控制操作和键盘控制操作可以单独发出指令，也可以交互发出指令，该系统应用环境较广。经测试，所设计系统可以很好的达到设计要求，可以实现对步进电机的基本控制及状态实时显示。
　　6 结论
　　本文设计出的步进电机控制系统，可以实现对步进电机的基本控制及运行状态的实时显示。该系统实用性强，操作方便，经测试取得了良好效果。经过一定的技术改进后，可以应用于包装机械的物料计量、包装膜供送、横封等过程中，精确控制执行机构的运行速度和运行位置。利用步进电机替代传统的机械或其它方式，不仅能使包装机械结构变得简单、调节方便、可靠性增加，而且精度会得到很大提高。

作者: 青扬 时间: 2017-10-14 14:00
谢谢！长见识了~~

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